甘佳偉 朱奧琪 湖北科技學(xué)院電子與信息工程學(xué)院

引言

人類(lèi)早期之間的語(yǔ)言交流是便于生存勞作，這種語(yǔ)言交流就是最簡(jiǎn)單的信息傳遞，信息傳遞不僅有復(fù)雜簡(jiǎn)單之分，還有快慢之分。顯而易見(jiàn)，信息傳遞的速度越快對(duì)人類(lèi)的生產(chǎn)生活越有利，所以在人類(lèi)發(fā)展的歷史長(zhǎng)河中一直伴隨著對(duì)信息傳遞速度的追求。人類(lèi)從利用馬匹傳遞信息，到早期電臺(tái)、電話(huà)再到如今的光纖通信技術(shù)和5G 通信技術(shù)。不難發(fā)現(xiàn)，伴隨著半導(dǎo)體信息功能材料的出現(xiàn)及應(yīng)用，人類(lèi)信息傳遞速度有了飛速的提高。在當(dāng)代半導(dǎo)體光電信息功能材料已經(jīng)被融入到各個(gè)領(lǐng)域，尤其是作為信息傳輸線(xiàn)路和各種傳感器被廣泛的應(yīng)用。由于高端半導(dǎo)體信息功能材料的制造工藝技術(shù)被美國(guó)等半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)巨頭國(guó)家封鎖，當(dāng)下對(duì)中國(guó)而言對(duì)半導(dǎo)體光電信息功能材料的研究迫在眉睫而且非常重要。

1 半導(dǎo)體光電信息材料發(fā)展歷史

半導(dǎo)體光電信息材料的理論基礎(chǔ)是半導(dǎo)體光電子學(xué)，半導(dǎo)體光電子學(xué)是探究半導(dǎo)體材料中光子與電子的相互作用，光能與電能之間相互轉(zhuǎn)換的研究。涵蓋量子力學(xué)，固體物理，半導(dǎo)體物理等基礎(chǔ)物理學(xué)科。

1873 年，史密斯（W. Smith）發(fā)現(xiàn)“不良導(dǎo)體”在光作用下電導(dǎo)增加現(xiàn)象，這啟發(fā)了半導(dǎo)體光電子學(xué)的產(chǎn)生。1905 年愛(ài)因斯坦提出光子學(xué)說(shuō)為后來(lái)研究和發(fā)展半導(dǎo)體光電子學(xué)說(shuō)奠定了基礎(chǔ)。到20 世紀(jì)前半葉發(fā)現(xiàn)雜質(zhì)對(duì)半導(dǎo)體性能產(chǎn)生影響。后來(lái)形成了半導(dǎo)體物理學(xué)，為1947 年出現(xiàn)晶體管和氣候的微電子學(xué)奠定了理論基礎(chǔ)。

系統(tǒng)的研究半導(dǎo)體材料中光子和電子的相互作用、光能與電能的相互轉(zhuǎn)換使之成為當(dāng)今最具有發(fā)展前景的半導(dǎo)體光電子學(xué)。由于光纖通信的強(qiáng)烈需求拉動(dòng)了半導(dǎo)體光電信息材料的高速發(fā)展。

2 半導(dǎo)體光電信息材料的應(yīng)用領(lǐng)域

2.1 半導(dǎo)體光電信息材料傳感器

在傳感器領(lǐng)域，由于半導(dǎo)體光電信息材料具有光電子效應(yīng)，所以傳統(tǒng)光電傳感器的原理大多是利用光電子效應(yīng)制成傳感器。如硅材料。硅材料在接觸光照后在其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生光電流，所以大部分光電信息材料傳感器是可通過(guò)硅材料器件與電流放大電路構(gòu)成傳感器，如光功率探頭傳感器件。CCD 和CMOS 光電耦合器件也是應(yīng)用廣泛的光電信息功能材料傳感器。

2.2 半導(dǎo)體信息功能材料在芯片方面的應(yīng)用

談到芯片就不得不提及光電信息功能材料，芯片的內(nèi)部構(gòu)造簡(jiǎn)單來(lái)講就是通過(guò)半導(dǎo)體材料構(gòu)成邏輯電路實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能，當(dāng)下中國(guó)制造芯片的技術(shù)仍然屬于起步狀態(tài)，很多制造設(shè)備和關(guān)鍵材料仍然只能依靠進(jìn)口國(guó)外產(chǎn)品，制造芯片包含設(shè)計(jì)、制造、封測(cè)三大流程，目前中國(guó)在芯片領(lǐng)域的封測(cè)技術(shù)較強(qiáng)，設(shè)計(jì)和制造技術(shù)雖經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展但限于芯片設(shè)備和制作工藝的制約仍然與半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家有差距。

2018年美國(guó)禁止中興通訊從美國(guó)采購(gòu)包括芯片在內(nèi)的敏感產(chǎn)品，2019 年美國(guó)又對(duì)華為技術(shù)有限公司發(fā)布禁售令，種種跡象可以說(shuō)明，中國(guó)要擺脫別國(guó)芯片封鎖就必須大力發(fā)展半導(dǎo)體光電信息材料。

2.3 半導(dǎo)體信息功能材料在量子通信方面的應(yīng)用

近年來(lái)通信技術(shù)蓬勃發(fā)展，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日益完善，移動(dòng)通信業(yè)務(wù)和設(shè)備的增長(zhǎng)和普及，人類(lèi)對(duì)通信技術(shù)的需求標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越高，量子阱材料和超晶格材料的出現(xiàn)及應(yīng)用開(kāi)辟了新的通訊方法。量子阱材料的應(yīng)用克服了原有半導(dǎo)體材料的應(yīng)用局限性，經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，中國(guó)的量子通信技術(shù)處于世界級(jí)領(lǐng)先水平。量子通信技術(shù)在軍事對(duì)抗、發(fā)展量子計(jì)算機(jī)、自由空間通信等領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用空間。

3 半導(dǎo)體光電信息材料后期發(fā)展方向

對(duì)半導(dǎo)體企業(yè)來(lái)講當(dāng)下最重要的是發(fā)展技術(shù)，進(jìn)行技術(shù)突破沒(méi)有屬于自己的技術(shù)始終受制于人。對(duì)高校、研究所等教育機(jī)構(gòu)來(lái)講要培養(yǎng)高質(zhì)量的技術(shù)性人才來(lái)推動(dòng)技術(shù)發(fā)展、技術(shù)突破。對(duì)相關(guān)研究機(jī)構(gòu)來(lái)講在現(xiàn)有理論基礎(chǔ)上探究如何制備新材料，探究材料新性能、性效應(yīng)，并探討如何將新理論投入應(yīng)用。

只有這三者相互促進(jìn)相互推動(dòng)中國(guó)半導(dǎo)體光電信息材料這個(gè)產(chǎn)業(yè)才能穩(wěn)步向前發(fā)展。

4 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)如今人們對(duì)信息交互的速度追求越來(lái)越高甚至在某些高科技領(lǐng)域常規(guī)通訊手段已經(jīng)不能滿(mǎn)足需求所以發(fā)展半導(dǎo)體光電信息功能材料顯得尤為重要。而且半導(dǎo)體光電信息功能材料的應(yīng)用已經(jīng)滲透到各個(gè)領(lǐng)域中，不僅僅是國(guó)家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)需要，相當(dāng)多的民用設(shè)備也對(duì)半導(dǎo)體信息功能材料需求量較大。在不久的未來(lái)，大數(shù)據(jù)時(shí)代的臨絕對(duì)少不了半導(dǎo)體光電信息功能材料的發(fā)展。光電信息材料的發(fā)展不僅能帶動(dòng)其他產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步，同樣也是國(guó)家戰(zhàn)略性研究課題。對(duì)于現(xiàn)階段中國(guó)的科技發(fā)展?fàn)顩r來(lái)說(shuō)發(fā)展半導(dǎo)體光電功能材料絕對(duì)是必不可少的，發(fā)展半導(dǎo)體光電信息功能材料利國(guó)利民。